[發(fā)明專利]一種海態(tài)雷達內(nèi)波參數(shù)反演方法

無效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201310298164.2
• 申請日: 2013-07-17
• 公開（公告）號: CN103344950A
• 公開（公告）日: 2013-10-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 楊永生;張宗杰;趙梅
• 申請（專利權(quán)）人: 蘇州科技學院
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 曹毅

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種海態(tài)雷達內(nèi)波參數(shù)反演方法。

背景技術(shù)

海洋內(nèi)波是發(fā)生在海水內(nèi)部的一種波動,?其振幅可達數(shù)十米，甚至上百米。由于內(nèi)波的隱蔽性、隨機性和極強的破壞性，使人類防不勝防，故有“水下魔鬼”之稱。研究內(nèi)波的主要實驗方法有現(xiàn)場測量和遙感觀測。現(xiàn)場測量不但需要溫鹽深剖面儀、海流計及聲學多普勒流速剖面儀等測量儀器，而且觀測范圍有限、經(jīng)常受到海上天氣等影響。因此，內(nèi)波的現(xiàn)場測量具有成本高、獲取信息不完整等缺點。

合成孔徑雷達和海態(tài)雷達是遙感觀測內(nèi)波常用的兩種平臺。合成孔徑雷達（SAR，synthetic?aperture?radar）具有較高的空間分辨率，但重復觀測內(nèi)波的條件還不具備。由于海浪對Bragg波的非線性調(diào)制以及相干斑噪聲的影響，從SAR圖像上反演內(nèi)波參數(shù)是個病態(tài)問題，其反演精度還有待于提高。

海態(tài)雷達具有高的時間分辨率，每分鐘可獲得數(shù)十張雷達圖像。由于遠距離海面回波強度比近距離海面的回波弱兩個數(shù)量級已上，這導致遠距離處的內(nèi)波特征在雷達圖像上較弱，不易提取。此外，雷達天線受到風速的影響，使得雷達回波在不同方位視向角上存在偏差。這表明雷達回波是距離和方位視向角的函數(shù)，從雷達回波中剔除距離和方位視向角的影響稱之為斜坡校正問題。對于內(nèi)波來講，海面上較強的白泡散射（常稱為海尖鋒）也是一種干擾。因此，剔除海尖峰的干擾、雷達斜坡的校正的預處理是反演內(nèi)波參數(shù)的關(guān)鍵問題。

從海態(tài)雷達圖像上反演的內(nèi)波參數(shù)有：傳播方向、速度、包絡(luò)的個數(shù)及波長等參數(shù)。通常采用Radon變換來確定內(nèi)波的傳播方向，Radon變換具有將圖像的直線特征轉(zhuǎn)換為點特征的幾何特性，但內(nèi)波的形狀通常是曲線形式而非直線形式。因此，直接對回波數(shù)據(jù)進行整體的Radon變換，得到的內(nèi)波的傳播方向并不準確。而內(nèi)波的傳播方向反演的精度將直接影響到內(nèi)波的速度、包絡(luò)的個數(shù)和波長等參數(shù)的精度。

基于以上原因，發(fā)明一種易行的精度高的海態(tài)雷達內(nèi)波參數(shù)反演方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)中內(nèi)波參數(shù)反演易受影響且精確度不高的問題已成為本技術(shù)領(lǐng)域中亟待解決的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種海態(tài)雷達內(nèi)波參數(shù)反演方法。

為實現(xiàn)上述技術(shù)目的，達到上述技術(shù)效果，本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)：

一種海態(tài)雷達內(nèi)波參數(shù)反演方法，包括以下步驟：

步驟1）輸入???????????????????????????????????????????????幅時間分辨率為的海態(tài)雷達極坐標形式的回波數(shù)據(jù)，其中，，，為雷達斜距，為雷達天線方位視向角，其取值范圍為，以為參考方向，并指向正東；通過最小二乘法剔除雷達斜坡的影響，記為；

步驟2）將剔除雷達斜坡后的極坐標形式的回波轉(zhuǎn)換到笛卡爾坐標系下，記為；

步驟3)，通過閾值法，從笛卡爾坐標系下的回波數(shù)據(jù)中剔除海尖峰的干擾，記為；

步驟4)，對進行疊加的局部Radon變換，利用Radon變換方向角的最大值得到內(nèi)波的傳播方向，記為；

步驟5)，對剔除海尖峰后的回波數(shù)據(jù)進行逆向旋轉(zhuǎn)，并利用時間平均來求內(nèi)波的傳播速度；

步驟6)，利用內(nèi)波的傳播速度對內(nèi)波包絡(luò)進行對齊求平均，然后采用峰值法和過零點，求內(nèi)波的包絡(luò)個數(shù)和波長。

進一步的，所述步驟（1）具體過程為：對每幅雷達回波數(shù)據(jù)沿和方向上分別求平均并用最小二乘法來擬合，記為和，然后，在回波數(shù)據(jù)的方向上減掉和方向上減掉，記為。

進一步的，所述步驟（2）具體過程為：回波數(shù)據(jù)從極坐標形式轉(zhuǎn)換為笛卡爾形式，其中，為海面水平正東方向，為海面水平正北方向；為雷達天線入射角。

進一步的，所述步驟（3）具體過程為：對回波數(shù)據(jù)求均值，其中，為索引，為雷達斜距方向上的點數(shù)，為雷達天線方位視向角離散化的點數(shù)；將海尖鋒的閾值設(shè)為，對回波數(shù)據(jù)逐一搜索，若數(shù)據(jù)值大于，則用窗口的中心覆蓋當前標記的海尖峰，然后用該窗口（不含中心處）的均值來替代海尖鋒的數(shù)據(jù)值，剔除海尖峰后的回波數(shù)據(jù)記為。

進一步的，所述步驟（4）具體過程為：對剔除海尖峰后的回波數(shù)據(jù)記為進行疊加的局部Radon變換，?，其中，為狄拉克函數(shù)，為Radon變換投影的距離，為Radon變換投影的方向角，為局部Radon變換窗口的尺寸，為Radon變換數(shù)據(jù)的重復率，其取值范圍為，，，，；對函數(shù)求方差后并沿著方向求平均，記為，則函數(shù)的最大值所對應(yīng)的求平均后就是內(nèi)波的傳播方向，以正東方向為參考。